Проектирование волоконно-оптической линии связи

по дисциплине «ЛАТС»

Проверил:

Хрипунова И.В.

Выполнил:

студент гр. Ша-510

Тихонов М.С.

Екатеринбург, 2015

Исходные данные для проектирования

1. Схема двухпутного участка железной дороги О-Х.

2. Данные об участках:

Таблица1. Расстояние между осями станций, км

3. Данные по организации магистральной и дорожной связи

4. Данные по организации связи для коммерческих нужд МПС и дороги.

Введение

Многоканальные ВОСП широко используются на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это тем, что по одному ОВ может одновременно распространяться много информационных сигналов на разных длинах волн, т.е. по оптическим кабелям (ОК) можно передавать очень большой объем информации.

Оптическое волокно (ОВ) в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации.

В волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информация передается электромагнитными волнами высокой частоты, около 200 ТГц, что соответствует ближнему инфракрасному диапазону оптического спектра 1500 нм. Волноводом, переносящим информационные сигналы в ВОСП, является оптическое волокно (ОВ), которое обладает важной способностью передавать световое излучение на большие расстояния с малыми потерями. Потери в ОВ количественно характеризуются затуханием. Скорость и дальность передачи информации определяются искажением оптических сигналов из-за дисперсии и затухания. Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи.

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам:

· широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей Гц. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка бит/с (1Тбит/с).

· очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в оптическом волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0,22 дБ/км на длине волны 1,55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов.

· ОВ изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди;

кабель оптический связь мультиплексор

1. Структурная схема ВОЛС

Модулированное оптическое излучение на станции А от источника вводится в оптический станционный кабель (СК) через оптический соединитель (ОС). Аналогично подключается СК через ОС к фотоприемному устройству (ФПУ) на станции В. Соединения линейного кабеля выполняются методом сварки. Сварные соединения располагаются в герметизированных муфтах. Концы кабелей размещаются и фиксируются в специальных устройствах стыкования станционных и линейных кабелей (УССЛК). Эти устройства обеспечивают защиту соединений и каждого волокна от повреждений, а также хранения его запаса, необходимого для выполнения операций по сварке.

2. Выбор мультиплексора

Исходя из данных по организации магистральной и дорожной связи, где указано число каналов Е1 равное 100

Выбираем один мультиплексор SMA - 1R2 фирмы Siemens.

Исходя из данных организации связи для коммерческих нужд МПС и дороги, где указано число каналов Е1 равное 430

Выбираем два мультиплексора 1650SM фирмы Alcatel.

Таблица 2.SMA - 1R2 фирмы Siemens

Таблица 3. Характеристика мультиплексора 1650SM фирмы Alcatel

Для каждого комплекта аппаратуры STM-1 и STM-4 необходимо предусмотреть два оптических волокна: одно для организации связи в прямом, а второе -- в обратном направлениях. Важной особенностью SDH мультиплексора является наличие двух оптических линейных выходов (каналов приема/передачи), называемых агрегатными выходами и используемых для создания режима 100 %-ного резервирования или защиты по схеме «1+1» с целью повышения структурной надежности ВОЛС. При линейной топологии сети эти выходы называются основными и резервными. Для комплекта аппаратуры STM-1 необходимо организовывать связь по системе1+1,для этого необходимо черыте оптических волокна: 2 основных и 2 резервных.

Для комплекта аппаратуры STM-4 нет необходимости организовывать линейное резервирование по системе 1+1,то для каждого комплекта аппаратуры STM-4, то необходимо 4 оптических волокон.

Таким образом, на данном этапе курсового проектирования мы выбираем:

Таблица 4

3. Выбор оптического кабеля связи

В настоящее время на железнодорожном транспорте применяются ВОЛС железнодорожной связи с прокладкой кабелей в пластмассовых трубопроводах, а также с подвеской ОК на опорах контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки.

В условиях железнодорожного транспорта эффективна технология подвески ОК, так как железная дорога представляет готовую систему для воздушной подвески ОК на опорах контактной сети и высоковольтных линии автоблокировки.

В соответствии с заданием, необходимо предусмотреть строительство ВОЛС с использованием подвески ОК на опорах контактной сети.

Для организации ВОЛС в соответствии с заданием используем кабель марки ОКМС фирмы «Трансвок» ОКМС-А-4/2(2,4)Сп:-18(5).

ОКМС -- кабель магистральный, самонесущий кабель для подвески на опорах контактной сети и линий железных дорог, на опорах линий электропередач до 110 кВ и воздушных линий связи и эксплуатации при температуре окружающей среды от -60 до +70 градусов.

Кабель марки ОКМС полностью выполнен из диэлектрических материалов и имеет внутреннюю и внешнюю оболочку из полиэтилена, защитные покровы выполнены из арамидных нитей.

В сердечнике кабеля расположено 6 или 8 элементов (оптических модулей). Внешний и внутренний диаметр модулей составляет соответственно 2,0/1,3 мм, 2,4/1,6 мм, 3,0/1,9 мм.

В каждом оптическом модуле располагаются от 2 до 12 одномодовых оптических волокон. Таким образом, всего в кабеле может быть уложено до 96 волокон.

Кабели сконструированы таким образом, чтобы гарантировано выдерживать эксплуатационные и климатические воздействия. Например, кабели для воздушной подвески типа ОКМС рассчитаны на перепады температуры от -60 до + 70°, растягивающие нагрузки до 10 кН, ветровые нагрузки со скоростью ветра до 43 м/с.

Кабели ОКМС имеют систему условных обозначений

Выбираем кабель марки ОКМС-А-4/2(2,4)Сп:-18(5) что означает:

· ОКМС -- оптический кабель магистральный самонесущий;

· внешняя оболочка -- полиэтиленовая (в обозначении не указывается);

· защитные покровы А -- обмотка из арамидных нитей;

· внутренняя оболочка -- полиэтиленовая (в обозначении не указывается);

· число оптических модулей в кабеле -- 6, в том числе 4 -- с оптическими волокнами и 2 -- заполняющих(без волокон);

· номинальный наружный диаметр оптического или заполняющего модуля -- (2,4 мм);

· центральный силовой элемент кабеля Сп--стеклопластиковый пруток;

· число оптических волокон -18

· тип оптического волокна (5) -- G.655

Конструкция кабеля типа ОКМС представлена на рис.2

Таблица 5. Распределение ОВ

4. Расчет параметров световодов

Расчет затухания световодов. Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Для заданных значений скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность на входе фотодетектора должна быть больше некоторой величины. Потери наряду с дисперсией определяют длину ретрансляциионного участка ВОЛС т.е. расстояние, на которое можно передавать сигнал без усиления. В тех участках спектра, где существуют надежные источники излучения, световоды должны иметь минимально возможное затухание. Существуют две главные причины собственных потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии.

Затухание поглощения, связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растёт с частотой и существенно зависит от свойств материала световода.

Расчет затухания поглощения, дБ/км:

Где: n-групповой показатель преломления n=1,4681

л-длина волны, мкм л=1,31

- тангенс угла диэлектрических потерь в световоде

Потери на рассеяние, возникающее в результате флуктации показателя преломления, называются рэлеевскими и определяются по формуле, дБ/км,

где л-длина волны, мкм л=1,31

R_p-коэффициент рассеяния R_p =0,8 (мкм*дБ)/км

дБ/км

Характер потерь от посторонних примесей рассеяния на микроизгибах

где Сми- постоянная потерь на микроизгибах, для л=1,55 ,

NA- числовая апертура, 0,13

дБ/км

Суммарное значение собственного затухания рассчитываем по формуле

дБ/км

5. Расчет дисперсии световодов

В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т. е. время подачи одного импульса увеличивается. Так как импульсы передаются друг за другом с определенной частотой, то в результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга и вместо отдельных световых импульсов в световоде будет иметь место сплошной световой поток. Данное явление в теории световодов называют дисперсией. Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при цифровой модуляции и при малых потерях ограничивает длину ретрансляционного участка. Дисперсия ограничивает пропускную способность ВОЛС, которая предопределяет полосу частот ?F, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по ОК. Уширение определяется как квадратичная разность длительности импульсов на выходе и входе кабеля, пс/км

Причем, значения t²_вых и t²_вх берутся на уровне половины амплитуды импульсов. Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, она существенно снижает дальность передачи по ОК, т. к. чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса. Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра ?л, существование большого числа мод N. Первая называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волновую. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распро- странения моды от длины волны. Модовая дисперсия объясняется наличием большого числа мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью. Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой ф_мод, материальной ф_мат и волновой ф_вв дисперсий

Данная формула справедлива для многомодовых световодов. В одномодовых световодах отсутствует модовая дисперсия. Здесь проявляются волновая и материальная дисперсии:

Дисперсия проявляется по разному в различных типах волоконных световодов. В ступенчатых световодах при многомодовой передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая значений порядка 102-107 нс/км. В одномодовых световодах волновая и материальная дисперсии практически равны по абсолютной величине и противоположны по фазе. В силу этого происходит их взаимная компенсация и результирующая дисперсия при л=1,2-1,7 мкм не превышает 1 нс/км. В градиентных световодах происходит выравнивание времени распространения различных мод, и определяющим является дисперсия материала, которая уменьшается с увеличением длины волны. В соответствии с заданием, дисперсия Dл [(пс/(нм?км)] на длине волны 1550 нм для 3-го(1525 нм - 1565 нм) и 4-го(1565 нм - 1620 нм) окна прозрачности (см. табл.3.4) может быть рассчитана, используя линейную интерполяцию и граничные значения указанного параметра

где: D_лпр и D_ллев - значения дисперсии на границах окна проводимости(правой и левой соответственно);

л_пр - правая граница затухания (дБ/км) четвертого окна прозрачности;

Дл - ширина окна прозрачности

Таким образом получаем

пс/(нм км)

Результаты расчета показателей; ; ; и следует свести в таблицу.

6. Расчет длин регенерационных участков и размещение НРП по трассе кабеля

В курсовом проекте применим типы секции L-1.2 и L-4.2 (на основании таблицы 3.10 методического пособия)

Данный шифр означает, что регенерационная секция: длинная, межстанционная, оборудованная STM-1 и STM-4, использующая источник излучения 1550 нм.

В соответствии с данными рассчитываем длину максимально возможного регенерационного участка.

где А- максимально допустимые потери на участок

б_р -затухание разъемного соединителя, 0,4дБ

n- количество разъемных соединителей, 2

А_з-эксплуатационный запас на затухание кабеля, 5 дБ

- километрическое затухание одномодового ОВ на расчетной длине волны для STM-1: дБ; для STM-4: дБ.

- увеличение затухания ОВ при температуре ниже -40, 0,05 дБ

б_пр - затухание сварного соединения, 0,1 дБ

L_сд - строительная длина кабеля, 4 км

m - количество промежуточных вводов магистрального кабеля на регенераторном участке, m = 2

Для STM-4 на длине волны мкм:

Для STM-1 на длине волны мкм:

Полученное значение не превышает самое большое расстояние между осями станций, следовательно необходимо устанавливать регенерационные участки

Данные расчета заносятся в столбец 6 и 8 таблицы, чтобы рассчитать затухание участка, дБ необходимо воспользоваться формулой:

Согласно условия передачи энергетический потенциал аппаратуры должен быть больше затухание , дБ: .

дБ29.5дБ

дБ28дБ

дБ29,5дБ

дБ29,5дБ

дБдБ

дБ29.5дБ

дБдБ

дБ29.5дБ

дБ29.5дБ

дБ29.5дБ

дБ28дБ

Значения эксплуатационного запаса по затуханию, дБ рассчитывается как разность энергетического потенциала аппаратуры, дБ и полученного затухания участка, дБ.

Заключение

В данном курсовом проекте рассчитана линия связи с оптико-волоконным кабелем на участке железной дороги.. Разработана схема прокладки кабеля на протяжении всего участка железной дороги.

Целью данного проекта было получение навыков проектировании волоконно-оптической линии связи, выбор мультиплексора, выбор оптического кабеля , расчет длин регенерационных участков и размещение НРП по трассе кабеля.

Список использованной литературы

1. Виноградов В.В., Кузьмин В.И., Гончаров А.Я. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте; Учебник для ВУЗов. -- М.: Транспорт, 1990.

2. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте: Учебник для ВУЗов ж.-д/гранспорта/ Г.В.Горелов, В.А.Кудряшов, В.В.Шмытинский и др., Под ред. Г.В.Горелова. -- М: УМК МПС России, 1999.

3. Попов Д.А., Нисенбаум ФА., Попова ГА. Расчет и проектирование волоконно-оптических линий связи// Автоматика, связь, информатика № 11,1999

Размещено на Allbest.ru